Download Descargar Artículo completo en formato PDF - Gen-T

ciencia
Genómica
predictiva
y muerte súbita en el deporte
Juan C. Carril. Departamento de Genómica Humana. EuroEspes Biotecnología. Bergondo, Coruña.
“En Europa se estima una
incidencia de muerte súbita de
2.1 muertes por cada 100.000
atletas al año por complicaciones
cardiovasculares con base
genética”
L
a muerte súbita de deportistas de élite es un suceso especialmente trágico, no sólo porque estas
tragedias ocurren a menudo ante el público, sino
porque estos deportistas son individuos jóvenes
y considerados como verdaderos privilegiados
de nuestra sociedad. Pocas noticias resultan más
impactantes que ver caer fulminado a un deportista en mitad de un partido, y todos recordamos
casos en nuestro país, tan sonados como los de
los futbolistas Daniel Jarque y Antonio Puerta,
ocurridos en los últimos tiempos.
La incidencia real de la muerte súbita en atletas
jóvenes es un dato a día de hoy incierto y que varía mucho de unos estudios a otros. Así en EEUU
se baraja la cifra de 1 muerte por cada 200.000
jóvenes atletas por año en los institutos de Minnesota; mientras que en Italia, en un estudio
hecho en la región de Veneto, se calculó una incidencia de 2.1 muertes por cada 100.000 atletas
al año por complicaciones cardiovasculares. De
hecho, las causas más comunes de este tipo de
muertes son las enfermedades cardiovasculares
hereditarias. Según datos de la Asociación Americana del Corazón (AHA), la miocardiopatía
hipertrófica (MCH) es la responsable del 36%
de estas muertes, seguida por las anomalías congénitas de las arterias coronarias con un 17%.
La miocardiopatía arritmogénica del ventrículo
derecho (DAVD) y las canalopatías hereditarias
(síndrome del QT largo y de Brugada) representan el 4% y el 3%, respectivamente.
Junio 2010
67
Genómica predictiva y muerte súbita en el deporte
“La muerte súbita consiste en la pérdida
abrupta de la función cardiaca debida
a un problema eléctrico, por lo que no
debemos confundirla con el ataque
cardíaco, causado por problemas en la
circulación sanguínea”
En Europa la principal causa parece ser la miocardiopatía arritmogénica del ventrículo derecho, con un 22%, seguida de las anomalías coronarias (12%), mientras que la miocardiopatía
hipertrófica parece ser la causa de tan sólo el 2%
de las muertes súbitas en jóvenes atletas.
Pero, ¿en qué consiste la muerte súbita? Ésta no
es sino la pérdida abrupta de la función cardíaca debida a un problema eléctrico, por lo que
no debemos confundirla con el ataque cardíaco, causado por problemas en la circulación
sanguínea. Se desencadena principalmente por
arritmias, como bradicardia, taquicardia ventricular y, con más frecuencia, por fibrilación ventricular.
Así, la causa más importante suele ser la existencia de una enfermedad cardiovascular previa,
es decir, toda alteración de la función cardíaca
Tabla 1. Genes involucrados en la Miocardiopatía Hipertrófica
Gen
68
Locus
OMIM
160760
Producto Génico
β-myosin heavy chain
Frecuencia
MYH7
14q12
30-40%
MYBPC3
11p11.2
600958
myosin-binding protein C
30-40%
TNNT2
1q32
191045
cardiac troponin T
5%
TNNI3
19q13.4
191044
cardiac troponin I
5%
TPM1
15q22.1
191010
α-tropomyosin 1
1-2%
MYL2
12q23-q24.3
160781
cardiac myosin light chain 2
MYL3
3p
160790
myosin light chain 3
1%
ACTC
15q14
102540
cardiac actin
1%
TTN
2q31
188840
titin
< 1%
MYH6
14q12
160710
α-myosin heavy chain
1%
TCAP
17q12
604488
titin cap or telethonin
< 1%
MYOZ2
4q26-q27
605602
myozenin 2
< 1%
CSRP3
11p15.1
600824
muscle LIM protein
< 1%
MYLK2
20q13.3
606566
myosin light chain kinase 2
< 1%
LDB3
10q22.2-q23.3
605906
LIM domain-binding 3
< 1%
VCL
10q22.1-q23
193065
metavinculin
< 1%
< 1%
ACTN2
1q42-q43
102573
α-actinin 2
PLN
6q22.1
172405
phospholamban
< 1%
JPH2
20q12
605267
junctophilin 2
< 1%
CAV3
3p25
601253
caveolin 3
< 1%
CALR3
19p13.12
611414
calreticulin
< 1%
causada por una dilatación del corazón, por una
válvula dañada o por anomalías congénitas en
el músculo del corazón, podrían motivar el episodio. No obstante, también se han dado casos
de personas que no habían padecido ninguna
patología de este tipo.
Entre las principales enfermedades cardíacas
que pueden desencadenar la muerte súbita y que
poseen un componente genético preponderante se encuentran la miocardiopatía hipertrófica
(MCH), la miocardiopatía dilatada (MCD), la
displasia arritmogénica del ventrículo derecho
(DAVD), el síndrome del QT largo, el síndrome
de Brugada y la taquicardia ventricular polimórfica catecolaminérgica.
Miocardiopatía Hipertrófica
La miocardiopatía hipertrófica (MCH) es
una patología heterogénea tanto desde el
punto de vista morfológico como desde el
punto de vista clínico pudiendo presentarse con sintomatología variada que puede llegar hasta la muerte súbita, siendo la
principal causa de muerte súbita en adultos jóvenes (menores de 50 años), quienes
desconocen padecer esta enfermedad. La
herencia de esta miocardiopatía es autosómica dominante, es decir que con heredar
la mutación o las mutaciones responsables
de uno solo de los progenitores ya se padece la enfermedad. Los descendientes de un
paciente afectado tienen el 50% de probabilidades de poseer la mutación y desarrollar la enfermedad. Su prevalencia es de 1
de cada 500 individuos.
Se caracteriza por la hipertrofia del ventrículo izquierdo y/o derecho, usualmente
asimétrica y que compromete al tabique
interventricular. Histopatológicamente se
caracteriza por miocitos hipertróficos que
se disponen de forma desorganizada (disarray) en una matriz de tejido conectivo
prominente e hipertrofia de la íntima de
las arterias coronarias intramurales. La desorganización de los miocitos se considera
la característica patológica de la miocardiopatía hipertrófica.
Se han identificado más de 20 genes asociados con esta patología (Tabla 1), de los
cuales 9 codifican proteínas sarcoméricas: MYL2, MYL3, ACTC, TPM1, TNNT2,
TNNI3, TTN (PRKAG2), MYH7 y MYBPC3.
Si bien se han descrito muchas mutaciones asociadas a esta miocardiopatía en todos esos genes, las más recurrentes hasta
el momento se encuentran en los genes
MYBPC3 y MYH7.
ciencia
Miocardiopatía Dilatada
La miocardiopatía dilatada (MCD) se define por la presencia de dilatación y disfunción sistólica ventricular izquierda en
ausencia de condiciones anormales de
sobrecarga (hipertensión, enfermedad valvular) o enfermedad de las arterias coronarias suficiente para causar empeoramiento
global de la función sistólica. Afecta aproximadamente a 1 de cada 3000 individuos y
representa la tercera causa más común de
fallo cardíaco, siendo la primera causa de
transplante cardíaco. Hasta un 50% de los
casos de miocardiopatía dilatada tienen
una presentación familiar y causa genética.
Hasta la fecha se han identificado mutaciones asociadas con esta enfermedad en más
de 25 genes diferentes, relacionados con
proteínas del citoesqueleto, el sarcómero,
las uniones intercelulares, la membrana
nuclear, canales iónicos y proteínas mitocondriales (Tabla 2). El modo predominante de herencia es autosómico dominante
(ACTC, TPM1, MYH7, TNNT2, MYBPC-3,
TTN, TCAP, DES, DMD, VCL, SGSD, ACTN2
y LMNA/C), siendo las formas recesivas ligadas al sexo y la herencia mitocondrial menos frecuentes (DMD, TAZ/G4.5, TNNI3).
Tabla 2. Genes involucrados en la Miocardiopatía Dilatada
Gen
Locus
OMIM
Producto Génico
Frecuencia
LMNA
1q21.2
150330
lamin A/C
4–8%
MYH7
14q12
160760
β-myosin heavy chain
4–6%
TNNT2
1q32
191045
cardiac troponin T
3%
SCN5A
3p21
600163
sodium channel
2–3%
MYH6
14q12
160710
α-myosin heavy chain
2–3%
DES
2q35
125660
desmin
<1%
VCL
10q22.1-23
193065
metavinculin
<1%
LDB3
10q22.2-23.3
605906
LIM domain-binding 3
<1%
TCAP
17q12
604488
titin-cap or telethonin
<1%
PSEN1
14q24.3
104311
presenilin 1
<1%
PSEN2
1q31-q42
600759
presenilin 2
<1%
ACTC
15q14
102540
cardiac actin
<1%
TPM1
15q22.1
191010
α-tropomyosin 1
<1%
SGCD
5q33–34
601411
δ-sarcoglycan
<1%
CSRP3
11p15.1
600824
muscle LIM protein
<1%
ACTN2
1q42-q43
102573
α-actinin 2
<1%
ABCC9
12p12.1
601439
SUR2A
<1%
TNNC1
3p21.3-p14.3
191040
cardiac troponin C
<1%
TTN
2q31
188840
titin
MYBPC3
11p11.2
600958
myosin-binding protein C
PLN
6q22.1
172405
phospholamban
EYA4
6q23
603550
eyes-absent 4
TMPO
12q22
188380
thymopoietin
DMD
Xp21.2
300377
dystrophin
TAZ/G4.5
Xq28
300394
tafazzin
TNNI3
19q13.4
191044
cardiac troponin I
<1%
Displasia Arritmogénica del Ventrículo
Derecho
La Displasia Arritmogénica del Ventrículo
Derecho es una enfermedad del corazón
de herencia autosómica dominante, con
expresividad variable y penetrancia en los
familiares de los afectados que varía entre
el 15 y el 25%. Se caracteriza por la pérdida
progresiva de miocitos, los cuales son reemplazados por tejido fibroadiposo. Si bien
afecta al ventrículo derecho, también puede
comprometer al ventrículo izquierdo. Esta
enfermedad se presenta con más frecuencia
en los jóvenes, afectando en el 80% de los
casos a menores de 40 años. Su diagnóstico
clínico es difícil, de manera que en muchas
ocasiones la primera manifestación de la
enfermedad es la muerte súbita, principalmente en personas menores de 30 años.
La DAVD es tres veces más frecuente en
varones, y suele presentarse en edades comprendidas entre 5 y 40 años. La prevalencia de esta condición se estima en 1:10000,
pero se encuentra infradiagnosticada por la
dificultad a la hora de detectarla.
 Fig. 1.
Fundamento del método de
secuenciación de Sanger
Junio 2010
69
Genómica predictiva y muerte súbita en el deporte
Se han identificado mutaciones responsables en 9 genes (Tabla 3), de los cuales 4
codifican proteínas del desmosoma: Desmocolina 2, Desmogleína 2, Placofilina 2 y
Desmoplaquina. En el 25% de los casos, la
Plakofilina 2 está mutada.
Síndrome del QT Largo
Bajo este nombre genérico se han descrito 4 síndromes hereditarios: síndrome de
Romano-Ward, síndrome de AndersenTawil, síndrome de Timothy y síndrome
de Jervell-Lange-Nielsen. El primero es el
más común, con una prevalencia de 1:5000
y representando el 85% de los QT largos.
Los tres primeros son de herencia autosómica dominante, mientras que el último es
de herencia autosómica recesiva (hay que
heredar la mutación patógena tanto del padre como de la madre).
En todos los casos la enfermedad se caracteriza por arritmias cardíacas, las cuales
pueden evidenciarse en el electrocardiograma como un aumento del intervalo
QT. Estas arritmias son consecuencia de
anomalías estructurales en los canales de
sodio y potasio del corazón. Los síntomas
pueden aparecer en situaciones de estrés o
bien como reacciones adversas de algunos
medicamentos, aunque hay pacientes que
permanecen asintomáticos durante toda
su vida.
Fig. 2. 
Método de “secuenciación por síntesis” del sistema Genome Analyzer IIx de Illumina
Tabla 3. Genes involucrados en la Displasia Arritmogénica del Ventrículo Derecho
Gen
Locus
OMIM
Producto Génico
Frecuencia
PKP2
12p11
602861
plakophilin 2
11-43%
DSG2
18q12
125671
desmoglein 2
12-40%
DSP
6p24
125647
desmoplakin
6-16%
DSC2
18q12
125645
desmocollin 2
<1%
JUP
17q21
173325
junction plakoglobin
<1%
RYR2
1q42
180902
ryanodine receptor 2
<1%
<1%
TGFB3
14q24
190230
transforming growth factor β-3
TMEM43
3p25
612048
transmembrane protein 43
PKP2
12p11
602861
plakophilin 2
Se conocen 12 genes asociados con el desarrollo de esta enfermedad (Tabla 4). Estos genes codifican proteínas que regulan
el transporte de sodio, potasio o calcio a
través de las membranas plasmáticas de los
miocitos. Los genes KCNQ1, KCNH2, SCN5A,
KCNE1 y KCNE2 están asociados al síndrome de Romano-Ward; el gen KCNJ2, al síndrome de Andersen-Tawil; el gen CACNA1C,
al síndrome de Timothy; y los genes KCNQ1
y KCNE1, al síndrome de Jervell-LangeNielsen.
Entre el 60% y el 70% aproximadamente
de los sujetos con este síndrome presentan
mutaciones en alguno de estos once genes.
No obstante, se ha identificado un nuevo
gen, el ANK2, que codifica la ankyrina B, y
que es el único no implicado en los canales
iónicos.
Síndrome de Brugada
<1%
Esta enfermedad se caracteriza por episodios de taquicardia ventricular polimórfi-
70
ciencia
ca rápida, pudiendo originar episodios de
síncope (desmayos) o muerte súbita. Se
hereda de manera autosómica dominante
y afecta mayoritariamente a individuos varones (8:1). Se estima que entre un 4% y
un 12% de las muertes súbitas se dan como
consecuencia de este síndrome, teniendo
lugar en menores de 50 años sin síntomas
previos. Se calcula que puede tener una
prevalencia de 5 de cada 10000 individuos.
El único gen relacionado hasta la fecha con
la enfermedad es SCN5.
“El interés médico del test genético es
evidente, tanto desde el punto de vista de
la prevención de la muerte súbita, como
para el consejo genético de familiares del
individuo objeto de estudio”
También aparece con patrón de herencia
autosómica recesiva con mutaciones en el
gen CASQ2, que codifica a la proteína calciquestrina.
Taquicardia Ventricular Polimórfica
Catecolaminérgica
Es una enfermedad caracterizada por desencadenarse ante episodios de liberación
de catecolaminas (hormonas producidas
por las glándulas suprarrenales, entre ellas
la adrenalina y noradrenalina) en situaciones de estrés físico o emocional.
Los síntomas suelen aparecer entre los 5 y
los 10 años, aunque los casos de muerte súbita en estos rangos de edad son raros. Un
30% de los casos presentan historia familiar
de síncope y muerte súbita. Su prevalencia,
aunque no bien conocida, se estima en 1
por cada 2000 habitantes.
Suele presentar un patrón de herencia autosómica dominante, fundamentalmente
debido a una mutación en el gen RYR2.
Genómica de las Miocardiopatías
Existen diversas guías con recomendaciones
para la detección de las causas genéticas de miocardiopatías y canalopatías. La justificación del
test genético, para éstas y otras enfermedades
que involucran tantos genes, reside en la identificación de la mutación causante de la enfermedad. El interés médico es evidente, tanto desde
el punto de vista de la prevención de la muerte
súbita, como para el consejo genético de familiares del individuo objeto de estudio. No obstante,
con las tecnologías disponibles hasta la fecha, el
esfuerzo de “screening” es, en muchos casos, inabordable desde el punto de vista del personal
requerido y, sobre todo, no resulta viable económicamente.
Fig. 3. 6
Método de “secuenciación por ligamiento” del sistema Applied Biosystems SOLiD™ 4
Genómica predictiva y muerte súbita en el deporte
Tabla 4. Genes involucrados en el Síndrome del QT Largo
Gen
Locus
OMIM
Producto Génico
Frecuencia
KCNQ1
11p15.5
607542
potassium voltage-gated channel, KQT-like
subfamily, member 1
35-40%
KCNH2
7q35-q36
152427
potassium voltage-gated channel, subfamily H (eag-related), member 2
30-35%
SCN5A
3p21
600163
sodium channel, voltage-gated, type V,
alpha subunit
5-10%
ANK2
4q25-q27
106410
ankyrin 2, neuronal
KCNE1
21q22.12
176261
potassium voltage-gated channel, Iskrelated family, member 1
KCNE2
21q22.12
603796
potassium voltage-gated channel, Iskrelated family, member 2
KCNJ2
17q23.1-q24.2 600681
potassium inwardly-rectifying channel,
subfamily J, member 2
CACNA1C
12p13.3
114205
calcium channel, voltage-dependent, L
type, alpha 1C subunit
CAV3
3p25
601253
caveolin 3
SCN4B
11q23.3
608256
sodium channel, voltage-gated, type IV, beta
AKAP9
7q21-q22
604001
A kinase (PRKA) anchor protein
SNTA1
20q11.2
601017
syntrophin, alpha 1
Secuenciación de 2ª generación
Desde que la secuenciación del ADN fue descrita en 1977, sucesivas mejoras en las técnicas y
equipos de análisis, así como en la bioinformática necesaria para el análisis, han permitido la
automatización y han mejorado el coste de este
tipo de análisis genéticos y su utilidad en la práctica médica (Fig. 1).
En los últimos dos años han surgido en el panorama de la genómica médica diversos métodos
de secuenciación masiva en paralelo denominados genéricamente como “next-generation
Fig. 4. 
Método de
“pirosecuenciación” del
sistema GS-FLX Genome
Sequencer de Roche
72
sequencing” o secuenciación de segunda generación, que permiten la secuenciación de grandes extensiones de ADN de manera rápida y
asequible.
La secuenciación de segunda generación aún
no tiene un gran impacto en la clínica diagnóstica, pero con la promesa del “genoma de
1000 dólares” de la mano del proyecto “1000
genomes”, parece cuestión de tiempo para que
esta nueva tecnología se implante de manera
rutinaria en todos los laboratorios de diagnóstico molecular.
La secuenciación de 2ª generación permite
buscar simultáneamente mutaciones en cientos
de loci para desórdenes genéticamente heterogéneos, entre los que podemos citar la muerte
súbita, así como las principales enfermedades
complejas: cáncer, enfermedades degenerativas y accidentes cardio- y cerebrovasculares.
Además, la secuenciación masiva en paralelo
permitirá abordar de manera más comprensiva disciplinas tales como la farmacogenética y
la epigenética, integrando datos globales que
permitan interpretar interacciones génicas y
mecanismos epigenéticos de regulación en la
expresión.
El genoma humano comprende 6000 millones de nucleótidos en dos dotaciones de 23
cromosomas. Las variaciones interindividuales
abarcan aproximadamente 6 millones de SNPs
(“Single Nucleotide Polymorphisms”), unas
1000 variantes estructurales (SVs) de más de 3
kb y muchas más variaciones estructurales pequeñas, responsables de la variación fenotípica
entre individuos.
ciencia
Las estrategias actualmente empleadas para detectar esta variabilidad pasan por la utilización
de arrays de hibridación de SNPs, PCR en Tiempo Real y secuenciación cíclica de Sanger, con
lo que la capacidad de detección de variaciones
responsables de cambios fenotípicos es relativamente limitada. La llegada de la secuenciación
“next-generation” permitirá cambiar la escala en
la longitud de la secuencia analizada, pasando de
estudios de kilobases a megabases y, a medio plazo, estudios genómicos completos.
Conceptos tales como la PCR en emulsión
(“emPCR”), la pirosecuenciación y la “profundidad” de la secuenciación en paralelo, son términos que, por la naturaleza del presente artículo,
no podemos abordar en extenso, pero que pronto nos serán ciertamente familiares a los profesionales del diagnóstico molecular.
Sin entrar en grandes complejidades técnicas,
haremos a continuación un breve repaso de los
fundamentos de las tres principales plataformas
de secuenciación masiva, actualmente disponibles: Illumina Genome Analyzer, Applied biosystems SOLID Sequencer y Roche GS-FLX 454
Genome Sequencer.
La tecnología de Illumina utiliza “secuenciación
por síntesis” para generar lecturas sencillas de
75 bp con un rendimiento de 17 GB de secuencia en 7 días (Fig. 2).
El secuenciador SOLID de Applied se fundamenta en la “secuenciación por ligamiento” secuenciando fragmentos de 50 bp con un rendimiento de 10-15 GB en 3-7 días (Fig. 3).
“La capacidad predictiva de la
secuenciación masiva se incrementará
de manera exponencial acercando el
cálculo de riesgo a niveles próximos al
diagnóstico correcto”
En cuanto a la tecnología utilizada por Roche
y su GS-FLX Genome Sequencer, ésta se basa
por un lado en la em-PCR, al igual que Applied,
y por otro lado en la “pirosecuenciación”, una
metodología que aprovecha la liberación de los
pirofosfatos que tiene lugar durante la incorporación de nucleótidos, para generar luz mediante una cascada enzimática. La ventaja sobre sus
competidores es que genera secuencias de 400500 bp, dando lugar a 400-600 Mb de datos en
10 horas, si bien el coste en reactivos es bastante
superior al de sus competidores (Fig.4).
Actualmente, cuando hablamos de paneles genéticos predictivos que abarcan 30 o 40 genes, realmente estamos analizando unas decenas de SNPs,
con lo que el esfuerzo de análisis se queda en la
superficie de la variabilidad de estos genes y, por
lo tanto, en la superficie de los cambios fenotípicos que explican el riesgo de padecer la enfermedad. La secuenciación masiva permitirá abordar
el análisis de estos 30 o 40 genes de manera global, toda la secuencia y toda la variabilidad que
puedan entrañar, por lo que la capacidad predictiva de estos análisis se incrementará de manera
exponencial acercando el cálculo de riesgo a niveles próximos al diagnóstico correcto. 
Juan C. Carril
geneticaforense@ebiotec.com
Referencias Bibliográficas:
1.
Bentley DR, Balasubramanian S, Swerdlow HP et al. Accurate whole human genome sequencing using reversible terminator chemistry. Nature 2008; 456:53-9.
2.
Corrado D, Basso C, Rizzoli G, Schiavon M, Thiene G. Does sports activity enhance the risk of sudden death in adolescents and young adults? J Am Coll
Cardiol 2003; 42:1959-63.
3.
Corrado D, Pellica A, Bjornstad HH et al. Cardiovascular pre-articipation screening of young competitive athletes for prevention of sudden death: proposal
for a common European protocol. Consensus Statement of the Study Group of
Sport Cardiology of the Working Group of Cardiac Rehabilitation and Exercise
Physiology and the Working Group of Myocardial and Pericardial Diseases of the
European Society of Cardiology. Eur Heart J 2005; 26:516-24.
6.
Maron BJ, Carney KP, Lever HM et al. Relationship of race to sudden cardiac
death in competitive athletes with hypertrophic cardiomyopathy. J Am Coll Cardiol 2003; 41:974-80.
7.
Maron BJ, Gohman TE, Aeppli D. Prevalence of Sudden Cardiac Death During
Competitive Sports Activities in Minnesota High School Athletes. J Am Coll Cardiol 1998; 32:1881-4.
8.
Maron BJ. Hypertrophic cardiomyopathy and other causes of sudden cardiac
death in young competitive athletes, with considerations for preparticipation
screening and criteria for disqualification. Cardiol Clin 2007; 25:399-414.
9.
Maxam AM, Gilbert W. A new method for sequencing DNA. Proc Natl Acad Sci
USA 1977; 74:560-4.
4.
Fedurco M, Romieu A, Williams S, Lawrence I, Turcatti G. BTA, a novel reagent
for DNA attachment on glass and efficient generation of solid-phase amplified
DNA colonies. Nucleic Acids Res 2006; 34:22.
10. Sanger F, Nicklen S, Coulson AR. DNA sequencing with chain-terminating inhibitors. Proc Natl Acad Sci USA 1977; 74:5463-7.
5.
Korbel JO, Urban AE, Affourtit JP et al. Paired-end mapping reveals extensive
structural variation in the human genome. Science 2007; 318:420-6.
12. Tucker T, Marra M, Friedman JM. Massively parallel sequencing: the next big
thing in genetic medicine. Am J Hum Genet. 2009; 85:142-54.
11. Siva N. 1000 Genomes project. Nat Biotechnol 2008; 26:256.
Junio 2010
73